JP2015155849A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサを用いて、排ガスのＳＯｘ濃度を検出する装置を提供する。【解決手段】排ガスの酸素濃度を一定の値に維持するように機関を制御しながら、センサへ印加される電圧を第１電圧から第２電圧まで徐々に降下させる掃引処理を実行し、掃引処理の実行中であり且つ特定電圧範囲内の電圧がセンサに印加されている間のセンサの出力電流の極値と、基準値と、の関係に基づいて排ガスのＳＯｘ濃度を検出する。但し、第１電圧はセンサにてＳＯｘが還元されて生じる硫黄がセンサに蓄積される印加電圧であり、第２電圧はセンサにて硫黄がＳＯｘへ酸化される印加電圧であり、特定電圧範囲は極値が出力されるであろうと上記一定の値の酸素濃度に基づいて予測される電圧範囲であり、基準値は上記一定の値の酸素濃度に対応するセンサの限界電流の値である。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサ（例えば、いわゆるＡ／Ｆセンサ）を用いて排ガスのＳＯｘ濃度を検出する装置に関する。

従来から、排ガスの酸素濃度を検出するセンサとして、酸素イオンを伝導可能な固体電解質と、固体電解質を挟むように設けられた一対の電極（測定用電極および基準用電極からなる電極対）と、測定用電極を覆うように設けられた拡散律速層（拡散抵抗層）と、を有する限界電流式のセンサが知られている。

上記センサを用いて排ガスの酸素濃度を検出する原理は、以下の通りである。まず、電極対の間に所定の電位差が生じるように電極対に電圧が印加されると、排ガス中の酸素が測定用電極にてイオン化される。酸素イオンは、固体電解質を通過して基準用電極に移動した後、基準用電極にて再結合されて酸素に戻る。この一連の電気化学反応に起因する電子の移動が、電極対から電流として出力される。拡散律速層が測定用電極への酸素の移動を律速しているため、電極対から出力される電流の大きさと、排ガスの酸素濃度と、は一対一に対応する。よって、電極対から出力される電流を測定すれば、その測定された電流に基づいて排ガスの酸素濃度が特定（検出）される。

従来の検出装置の一つ（以下「従来装置」という。）は、電極対へ印加される電圧の大きさが異なると測定用電極にて分解される分子が異なることを利用し、酸素以外の成分の濃度（例えば、Ｈ_２Ｏ濃度。即ち、湿度）を検出する。具体的には、従来装置は、２組の電極対（上流側の電極対、下流側の電極対）を有するセンサを用いる。従来装置は、まず、上流側の電極対に酸素を分解する大きさの電圧を印加し、排ガス中の酸素をセンサの外部へ排出する。次いで、従来装置は、下流側の電極対にＨ_２Ｏを分解する大きさの電圧を印加し、同電極対から出力される電流を測定する。そして、従来装置は、その電流に基づき、排ガスのＨ_２Ｏ濃度を特定する。これにより、従来装置は、Ｈ_２Ｏに起因して出力される電流を酸素に起因して出力される電流と区別して測定できるので、Ｈ_２Ｏ濃度を精度良く検出できる（例えば、特許文献１を参照。）。

以下、排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサを「酸素濃度センサ」と称呼し、同センサが有する電極対へ印加される電圧を「センサへの印加電圧」と称呼し、同電極対から出力される電流を「センサの出力電流」と称呼する。また、内燃機関を「機関」と称呼する。

特開平２−１２２２５５号公報

機関の燃料に含まれる硫黄成分の量は、一般に極微量である。しかし、機関が使用される地域等によっては、硫黄濃度が比較的高い燃料が用いられる場合がある。その場合、燃焼時に生じる硫黄酸化物（ＳＯｘ）が排ガスの白煙化等の原因となり得る。そこで、燃料の硫黄濃度を測定することが求められている。本発明の発明者は、燃料の硫黄濃度に関連するパラメータとして、排ガスのＳＯｘ濃度を検出することを検討した。

具体的には、本発明の発明者は、従来装置にて採用された方法を用いて排ガスのＳＯｘ濃度を検出できるか否かを検討した。本検討の結果、ＳＯｘを分解する（換言すると、ＳＯｘを硫黄へ還元する）大きさの電圧を酸素濃度センサの電極対に印加すると、ＳＯｘだけでなくＳＯｘ以外の排ガス中の成分の分解も生じ、ＳＯｘに起因する出力電流だけを区別して測定することは容易ではないことが分かった。即ち、従来装置にて採用された方法では、排ガスのＳＯｘ濃度を精度良く検出することは困難である。

本発明の目的は、機関の排ガスのＳＯｘ濃度を精度良く検出することが可能な制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための、本発明による制御装置は、
排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサを備えた内燃機関に適用され、排ガスのＳＯｘ濃度を検出するための処理部を備えている。

この処理部は、
排ガスの酸素濃度を一定の値に維持するように前記機関を制御しながら、
前記センサへ印加される電圧（印加電圧）を、前記センサにてＳＯｘが還元されて生じる硫黄が前記センサに蓄積される第１電圧から、前記センサにて硫黄がＳＯｘへ酸化される第２電圧まで、徐々に降下させる「掃引処理」を実行するとともに、
前記掃引処理の実行中における「前記センサの出力電流の極値」を、「前記極値が出力されるであろうと前記一定の値の酸素濃度に基づいて予測される特定電圧範囲」に含まれる電圧が前記センサに印加されている間の前記センサの出力電流から、取得し、
前記極値と、前記一定の値の酸素濃度に対応する前記センサの限界電流の値である基準値と、に基づいて排ガスのＳＯｘ濃度を検出する、
ように構成されている。

本発明の発明者による実験および考察によれば、以下の知見が得られた。
（１）上記「掃引処理」を実行したとき、「センサの出力電流」には、「センサに蓄積され」た硫黄がＳＯｘへ再び酸化されることに起因する出力成分（即ち「ＳＯｘ濃度」に起因する出力成分）及び「酸素濃度」に起因する出力成分が含まれる。しかし、同出力電流には、他の成分に起因する出力成分は実質的に含まれない。よって、「排ガスの酸素濃度を一定の値に維持するよう」な制御下で掃引処理を実行すれば、出力電流は「ＳＯｘ濃度」に対応した波形を描く。具体的には、本制御下での出力電流は、ＳＯｘ濃度に対応して変化する「極値」（出力電流のピーク値）を有する。
（２）上記「極値」と、「一定の値の酸素濃度」に起因する出力成分（即ち「基準値」）と、を比較すれば、「ＳＯｘ濃度」を検出できる。
（３）上記「極値」が出力されるときのセンサへの印加電圧は、掃引処理の実行中の酸素濃度（即ち「一定の値の酸素濃度」）に対応して変化する。よって、「一定の値の酸素濃度に基づ」き、「極値」が出力されるであろう印加電圧の範囲（即ち「特定電圧範囲」）を予測できる。

そこで、本発明の装置は、「排ガスの酸素濃度を一定の値に維持するよう」な制御下において掃引処理を実行し、「極値が出力されるであろうと前記一定の値の酸素濃度に基づいて予測される特定電圧範囲」における出力電流に基づいて「極値」を「取得」する。これにより、本発明の装置は、意図しないノイズ等がセンサの出力電流に加わるような環境下においても、「特定電圧範囲」の外でのノイズ等を無視して「極値」を取得できる。そして、本発明の装置は、その「極値」及び「基準値」に基づき、排ガスのＳＯｘ濃度を検出する。その結果、本発明の装置は、ノイズ等に起因する誤測定を出来る限り防ぎながら、ＳＯｘ濃度に起因する出力成分だけ（極値）を出力電流から区別して測定（取得）し、「ＳＯｘ濃度を検出」できる。

よって、上記構成を備えた本発明の装置は、排ガスのＳＯｘ濃度を精度良く検出することが可能である。

ところで、上述したように、本発明の装置は、排ガスのＳＯｘ濃度を検出する過程において、ＳＯｘ濃度に起因する出力成分（出力電流の極値）を取得している。この出力成分は、ＳＯｘ濃度と一対一に対応するので、実質的にＳＯｘ濃度を表している。そこで、本発明における「ＳＯｘ濃度」は、“排ガスのＳＯｘ濃度そのもの”及び“ＳＯｘ濃度に一対一に対応する値”の少なくとも一方、と言い換えられ得る。

更に、「特定電圧範囲」は、センサの出力電流が極値に到達すると予測される特定の印加電圧（特定値）が含まれる電圧範囲、と言い換えられ得る。また、「特定電圧範囲」は、範囲の幅がゼロ（換言すると、特定電圧範囲に含まれる電圧は“特定値”だけ）であることを含む。「特定電圧範囲」の幅がゼロである場合、出力電流の「極値」は、印加電圧が特定値であるときの出力電流の値そのものに相当する。

加えて、ＳＯｘ濃度の「検出」は、例えば、極値と基準値との差の絶対値が大きいほどＳＯｘ濃度が高くなるように行われ得る。本検出法によれば、複雑な計算を要することなく、排ガスのＳＯｘ濃度を検出できる。なお、極値と基準値との差の絶対値と、排ガスのＳＯｘ濃度と、の間の対応関係は、予め実験等によって定められ得る。

本発明の装置は、従来装置のように単に印加電圧ごとに出力電流を測定するのではなく、掃引処理という本発明に特有の処理により、排ガス中のＳＯｘに起因する出力電流成分（極値）だけを区別して測定できる。その結果、従来装置では排ガス中のＳＯｘと他の成分とを区別することが困難であったことに対し、本発明の装置は排ガスのＳＯｘ濃度を精度良く検出できる。このように、本発明は、従来装置と比較した有利な効果を有する。

次いで、本発明の制御装置の複数の態様（態様１〜３）について述べる。

・態様１
上記「基準値」は、実際に掃引処理が実行されるときに取得されてもよく、予め実験等によって定められたマップ等を参照して取得されてもよい。

基準値を“実際に掃引処理が実行されるときに”取得する場合、基準値の取得と掃引処理の実行とが過度に離れると、センサの出力特性が経時変化した場合等にＳＯｘ濃度の検出精度が低下する可能性がある。そこで、ＳＯｘ濃度を出来る限り精度良く検出するために、基準値の取得と掃引処理の実行とが出来る限り近いタイミングにて行われることが好ましい。

そこで、本態様の制御装置は、
前記第２電圧が、排ガスの酸素濃度を検出するときに用いられる電圧に一致し、
前記基準値として、前記掃引処理にて前記センサへ印加される電圧が前記第２電圧（即ち、酸素濃度の検出用の電圧）まで降下した時点における前記センサの出力電流の値が用いられる、
ように構成され得る。

発明者の実験等によれば、掃引処理が実行されると、通常は第２電圧が「排ガスの酸素濃度を検出するときに用いられる印加電圧」に達するよりも前に、センサに蓄積された全ての硫黄の再酸化が完了する。そのため、第２電圧自体は硫黄の酸化が生じ得る電圧ではあるものの、印加電圧が第２電圧であるときの出力電流は、通常は酸素に起因する出力成分だけを含む。

そこで、本態様の装置は、「印加電圧が前記第２電圧まで降下した時点」の出力電流を基準値として用いる。更に、本態様の装置は、掃引処理が終了した時点において基準値を取得するので、基準値の取得と掃引処理とを実質的に連続して行うことになる。よって、本態様の装置は、基準値の取得と掃引処理の実行とが離れたタイミングにてなされる場合に比べ、より精度良く排ガスのＳＯｘ濃度を検出できる。

・態様２
一方、基準値を“予め実験等によって定められたマップ等を参照して”取得する場合、例えば酸素濃度の測定用に準備されている「酸素濃度と限界電流との対応関係」を利用できる。

そこで、本態様の制御装置は、
前記処理部が、排ガスの酸素濃度と限界電流の値との間の対応関係を予め記憶し、
前記基準値として、前記対応関係に前記一定の値の酸素濃度を適用して得られる限界電流の値が用いられる、
ように構成され得る。

上記構成によれば、掃引処理中の排ガスの酸素濃度（一定の値）を知る必要はあるものの、上記態様１のように基準値を定めるための測定等を別途行う必要がない。よって、本態様の装置は、ＳＯｘ濃度の検出を簡易かつ速やかに行うことができる。更に、「対応関係」が予め記憶されているので、本態様の装置は、掃引処理中の排ガスの酸素濃度（一定の値）がＳＯｘ濃度の測定ごと異なったとしても、確実に基準値を定めることができる。

・態様３
上述したＳＯｘ濃度を検出する原理上、第２電圧は、センサから極値が出力される印加電圧よりも小さい印加電圧であればよい。

そこで、本態様の制御装置は、
前記第２電圧と、前記特定電圧範囲の下限値と、が一致する、
ように構成され得る。

上記構成によれば、掃引処理を実行する期間（即ち、排ガスの酸素濃度を一定の値に維持する期間）が必要以上に長くなることが防がれるので、ＳＯｘ濃度の検出が内燃機関の運転に及ぼす影響を小さくすることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置が適用される内燃機関の概略構成を表す模式図である。 図２は、限界電流式の酸素濃度センサ（１セル・センサ）の概略構成を表す模式図である。 図３は、限界電流式の酸素濃度センサの出力特性を表す模式図である。 図４は、掃引処理を実行したときのセンサの出力電流の推移（波形）の一例を表す概略図である。 図５は、掃引処理中の排ガスの空燃比（酸素濃度）とピーク出力電圧との関係を示す模式図である。 図６は、掃引処理中の排ガスの空燃比（酸素濃度）と特定電圧範囲との関係を示す模式図である。 図７は、排ガスのＳＯｘ濃度とセンサの出力との関係を示す模式図である。 図８は、排ガスの空燃比（酸素濃度）と、センサへの印加電圧と、センサの出力電流と、の関係の一例を表すタイムチャートである。 図９は、排ガスの空燃比（酸素濃度）と、センサへの印加電圧と、センサの出力電流と、の関係の他の例を表すタイムチャートである。 図１０は、実施形態に係る制御装置が実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１１は、限界電流式の酸素濃度センサ（２セル・センサ）の概略構成を示す模式図である。

＜実施形態＞
［装置の概要］
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置（以下「実施装置」という。）が適用される内燃機関１０の概略構成を示している。

機関１０は、火花点火式内燃機関（いわゆるガソリンエンジン）である。機関１０は、以下の構成を有する。
・本体部２０
燃料噴射弁２１、点火プラグ２２、燃焼室２３、燃料ポンプ２４、燃料供給管２５、ピストン２６、コンロッド２７、及び、クランクシャフト２８が、本体部２０に属する。
・吸気系統３０
吸気弁３１、吸気ポート３２、吸気マニホールド３３、スロットル弁３４、吸気管３５、及び、エアクリーナ３６が、吸気系統３０に属する。
・排気系統４０
排気弁４１、排気ポート４２、排気マニホールド４３、排ガス浄化触媒４４、及び、排気管４５が、排気系統４０に属する。
・アクセルペダル５１
・複数のセンサ６１〜６４
限界電流式の酸素濃度センサ６１、クランクポジションセンサ６２、エアフローメータ６３、及び、アクセル開度センサ６４が、複数のセンサに含まれる。
・電子制御装置７１

限界電流式の酸素濃度センサ６１（以下「センサ６１」という。）は、図２に示されるように、固体電解質層６１Ａ、測定用電極６１Ｂ及び基準用電極６１Ｃから構成されるセンサセル６１Ｄ、拡散律速層６１Ｅ、センサ制御部６１Ｆ、第１アルミナ層６１Ｇ、第２アルミナ層６１Ｈ、第３アルミナ層６１Ｉ、第４アルミナ層６１Ｊ、第５アルミナ層６１Ｋ、並びに、ヒータ６１Ｌを有する。更に、センサ６１には、大気導入路６１Ｍ、及び、内部空間６１Ｎが形成されている。センサ６１は、センサセル６１Ｄを１つ有する「１セル・センサ」である。

センサ６１は、先端部（拡散律速層６１Ｅが存在する側の先端部）が排ガスに曝されるように、排気マニホールド４３に設けられている。なお、排ガス浄化触媒４４によって排ガスのＳＯｘ濃度が変化する可能性を考慮し、センサ６１は、排ガス浄化触媒４４よりも上流側に設けられている。

固体電解質層６１Ａは、酸素イオンを伝導可能なジルコニア等から形成されている。測定用電極６１Ｂ及び基準用電極６１Ｃは、白金およびロジウム等の白金族元素またはそれらを含む合金から構成されている。測定用電極６１Ｂ及び基準用電極６１Ｃは、固体電解質層６１Ａを挟むように配置されている。測定用電極６１Ｂは固体電解質層６１Ａの一方の側の壁面上（具体的には、内部空間６１Ｎを画成する壁面上）に配置され、基準用電極６１Ｃは固体電解質層６１Ａの他方の側の壁面上（具体的には、大気導入路６１Ｍを画成する壁面上）に配置されている。

センサ制御部６１Ｆは、測定用電極６１Ｂがカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）であり且つ基準用電極６１Ｃがアノード（ａｎｏｄｅ）であるように、センサセル６１Ｄと接続されている。センサ制御部６１Ｆは、ヒータ６１Ｌに電力を供給可能であるように、ヒータ６１Ｌと接続されている。センサ制御部６１Ｆは、電子制御装置７１に接続されている。

センサ制御部６１Ｆは、電子制御装置７１からの指示信号を受信して同指示信号に対応する電圧をセンサセル６１Ｄに印加し、センサセル６１Ｄから出力される電流の値を電子制御装置７１に送信する。センサ制御部６１Ｆは、電子制御装置７１からの指示信号を受信して同指示信号に対応する電力をヒータ６１Ｌに供給する。

なお、センサセル６１Ｄへの電圧の印加は、測定用電極６１Ｂと基準用電極６１Ｃとの間（電極対の間）に電子制御装置７１からの指示信号に応じた電位差を生じさせるように、測定用電極６１Ｂ及び基準用電極６１Ｃに電圧を印加することにより、行われる。

内部空間６１Ｎは、固体電解質層６１Ａ、拡散律速層６１Ｅ、第１アルミナ層６１Ｇ及び第２アルミナ層６１Ｈによって画成された空間である。内部空間６１Ｎは、拡散律速層６１Ｅによってセンサ外部（排気マニホールド４３の内部）と隔てられている。拡散律速層６１Ｅは、多孔質構造を有しており、排気マニホールド４３から内部空間６１Ｎへの排ガスの移動（ひいては、排ガスの固体電解質層６１Ａへの拡散）を律速させる。大気導入路６１Ｍは、センサ６１の外部の大気に開放されている。

センサ６１は、通常、排気マニホールド４３内を流れる排ガスの酸素濃度を検出するために用いられる。具体的には、酸素濃度の測定用の電圧（以下「通常電圧」という。）がセンサセル６１Ｄに印加されると、内部空間６１Ｎに存在する排ガスに含まれる酸素が、測定用電極６１Ｂにてイオン化される。酸素イオンは、測定用電極６１Ｂから固体電解質層６１Ａを通過して基準用電極６１Ｃに移動する。基準用電極６１Ｃに到達した酸素イオンは、再結合されて酸素に戻り、大気導入路６１Ｍに放出される。この一連の電気化学反応に起因する電子の移動が、センサセル６１Ｄからの出力電流としてセンサ制御部６１Ｆにおいて測定される。拡散律速層６１Ｅの働きにより、出力電流の大きさ（換言すると、電極対の間を移動する酸素イオンの量）と、排ガスの酸素濃度と、は一対一に対応する関係を有する。即ち、センサセル６１Ｄからの出力電流は、排ガスの酸素濃度に対応する大きさを有する。なお、この出力電流は、一般に「限界電流」と称呼される。

ところで、「排ガスの酸素濃度」は、燃焼前の混合気の空燃比に主に依存して定まる。逆に、排ガスの酸素濃度に基づき、混合気の空燃比が推定され得る。そこで、排ガスの酸素濃度は「排ガスの空燃比」とも称呼される。この称呼に従えば、例えば、理論空燃比の混合気が燃焼して生じる排ガスの酸素濃度は実質的にゼロであり、同排ガスの空燃比は理論空燃比である。また、以下、センサセル６１Ｄへの印加電圧は「センサ６１への印加電圧」と称呼され、センサセル６１Ｄからの出力電流は「センサ６１の出力電流」と称呼される。

図３の（Ａ）は、排ガスの空燃比Ａ／Ｆと、センサ６１への印加電圧Ｖｓと、センサ６１からの出力電流Ｉｓと、の関係を表す概略図である。図示されるように、排ガスの空燃比Ａ／Ｆと出力電流Ｉｓ（限界電流）の大きさとは、印加電圧Ｖｓが特定の範囲内にあるとき、一対一に対応する関係を有する。そこで、この範囲内における電圧が通常電圧Ｖ０として用いられる（図中の一点鎖線を参照。）。なお、通常電圧Ｖ０は、一般に実験等に基づいて定められる固定値（例えば、０．４Ｖ）である。図３の（Ｂ）は、印加電圧Ｖｓが通常電圧Ｖ０であるときの、排ガスの空燃比Ａ／Ｆと出力電流Ｉｓとの関係を表す概略図である。図示されるように、出力電流Ｉｓに基づき、排ガスの空燃比Ａ／Ｆが一意に特定される。

実施装置において、センサ６１の出力電流Ｉｓの値は、センサ制御部６１Ｆにて測定されて電子制御装置７１に送信される。そして、電子制御装置７１は、受信したセンサ６１の出力電流Ｉｓの値を図３の（Ｂ）に示す対応関係に適用することにより、排ガスの空燃比Ａ／Ｆを特定（検出）する。

このように、実施装置が適用される機関１０が備えるセンサ６１は、排ガスの酸素濃度と一対一に対応する電流（限界電流）を出力する特性を有するセンサであり、酸素イオンを伝導可能な固体電解質と、固体電解質を挟むように設けられた測定用電極および基準用電極（電極対）と、測定用電極を覆うように設けられた拡散律速層と、を有している。本構成を有するセンサにおいて、センサへの印加電圧は、電極対の間に電位差を生じさせるために電極対に印加される電圧、と言い換えられ得る。また、センサの出力電流は、電極対から出力される電流、と言い換えられ得る。

再び図１を参照すると、クランクポジションセンサ６２は、クランクシャフト２８の回転位置を表す信号を出力するように構成されている。エアフローメータ６３は、機関１０に吸入される単位時間あたりの空気量（吸入空気量）を表す信号を出力するように構成されている。電子制御装置７１は、これら信号に基づき、燃焼室２３に導入される空気量を算出する。アクセル開度センサ６４は、アクセルペダル５１の開度を表す信号を出力する。電子制御装置７１は、この信号に基づいて機関１０へ要求される出力を定める。

電子制御装置７１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータを主体とした電子回路である。電気制御装置７１のＣＰＵは、燃料噴射弁２１、スロットル弁３４及びセンサ６１等に指示信号を送信するとともに、上記複数のセンサ６１〜６４から出力される信号を受信するように構成されている。

［ＳＯｘ濃度の検出方法］
実施装置は、センサ６１を用いて排ガスのＳＯｘ濃度を検出する。図４〜７を参照しながら、実施装置におけるＳＯｘ濃度の検出方法について説明する。

発明者による実験および考察によれば、センサ６１への印加電圧Ｖｓを特定の第１電圧Ｖ１から特定の第２電圧Ｖ２まで徐々に降下させたとき、センサ６１の出力電流Ｉｓが、排ガスのＳＯｘ濃度に対応した固有の極値を有することが分かった。以下、センサ６１への印加電圧Ｖｓを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで徐々に降下させる処理を「掃引処理」と称呼する。

まず、掃引処理の概要について説明する。図４は、掃引処理を実行したときのセンサ６１の出力電流の波形の一例を表す概略図である。印加電圧Ｖｓが第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで降下するときの出力電流Ｉｓ（図中、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ及び点Ｅを繋ぐ波形）において、その極小値（図中の点Ｃにおける出力電流。以下「ピーク値Ｉｐ」という。）が排ガスのＳＯｘ濃度に対応して変化する。但し、出力電流Ｉｓは、排ガスのＳＯｘ濃度だけでなく、掃引処理中の排ガスの空燃比（酸素濃度）にも対応して変化する。そこで、実施装置は、出力電流Ｉｓから排ガスのＳＯｘ濃度のみを表す値を抽出し、その値に基づいて排ガスのＳＯｘ濃度を検出する。この検出を精度良く行うために、実施装置は、掃引処理中の排ガスの空燃比を一定の値に維持するように機関１０を制御する。この一定の値に対応する出力電流Ｉｓは、排ガスの空燃比に対応する出力成分（基準値Ｉｒｅｆ）として用いられる。

なお、図示されるように、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、酸素濃度の測定用の通常電圧Ｖ０よりも大きい。よって、センサ６１を用いて酸素濃度を測定している場合において、掃引処理を始めるとき、実施装置は、印加電圧Ｖｓを通常電圧Ｖ０から第１電圧Ｖ１まで変更させる（図中、点Ｆ及び点Ａを繋ぐ波形を参照。）。また、掃引処理が終わったとき、実施装置は、印加電圧Ｖｓを第２電圧Ｖ２から通常電圧Ｖ０まで降下させる（図中、点Ｅ及び点Ｆを繋ぐ波形を参照。）。本図に示す例においては、実施装置は、便宜上、掃引処理の実行中（点Ａから点Ｅまでの期間）だけでなく、それら掃引処理の前後の期間（点Ｆから点Ａまでの期間、及び、点Ｅから点Ｆまでの期間）においても、排ガスの空燃比を一定の値に維持する。

具体的には、センサ６１が排ガスの空燃比を検出するために用いられているとき、センサ６１への印加電圧Ｖｓは通常電圧Ｖ０である（図中の点Ｆを参照。）。実施装置は、掃引処理を実行するとき、印加電圧Ｖｓを通常電圧Ｖ０から第１電圧Ｖ１に変更させる（図中の点Ａを参照。）。これにより、センサ６１にて（具体的には、測定用電極６１Ｂの表面等にて）ＳＯｘが硫黄に還元され、この還元によって生じた硫黄がセンサ６１に（測定用電極６１Ｂの表面等に）蓄積される。センサ６１に蓄積される硫黄の量は、排ガスのＳＯｘ濃度に対応する。

この理由は、硫黄（Ｓ）は、センサ６１が通常用いられる温度下で固体であり、センサから揮発することなくセンサに蓄積するためである。更に、排ガスの酸素濃度が高いほどセンサ６１における限界電流の値が大きくなることと同様に、排ガスのＳＯｘ濃度が高いほどセンサ６１に単位時間あたりに蓄積されるＳＯｘの量が増えるためである。

なお、第１電圧Ｖ１は通常電圧Ｖ０よりも大きいので、印加電圧Ｖｓが第１電圧Ｖ１であるとき、排ガス中の酸素もセンサ６１にてイオン化され、排ガス中のＳＯｘ以外の成分（例えば、Ｈ_２Ｏ）もセンサ６１にて分解され得る。しかし、酸素イオンはセンサ６１の酸素測定原理（上記参照。）に従ってセンサ６１から排出され、ＳＯｘ以外の成分が分解されて生じる物質（例えば、Ｈ_２）は上記温度下で一般に気体であるためセンサ６１に蓄積されない。よって、印加電圧Ｖｓが第１電圧Ｖ１であるとき、センサ６１には実質的に硫黄だけが蓄積される。

このように、第１電圧Ｖ１は、センサ６１にてＳＯｘが硫黄へ還元されて生じる硫黄がセンサ６１に蓄積される印加電圧である。本例において、第１電圧Ｖ１は、予め実験等によって同還元および蓄積が生じることが確認された電圧（例えば、１．０Ｖ）であり、電子制御装置７１のＲＯＭに記録されている。

印加電圧Ｖｓが通常電圧Ｖ０から第１電圧Ｖ１に変更されたとき、上述したＳＯｘの還元等に起因し、図示されるようにセンサ６１の出力電流Ｉｓが増大する（図中の点Ａを参照。）。

次いで、実施装置は、排ガスの空燃比を一定の値に維持するように機関１０を制御しながら掃引処理を行い、印加電圧Ｖｓを第１電圧Ｖ１から徐々に降下させる。掃引処理の実行中、センサ６１にて、硫黄からＳＯｘへの酸化、酸素の分解、及び、排ガス中のその他の成分の分解が生じる。そのため、出力電流Ｉｓには、それら各々に起因する出力成分が含まれる。しかし、発明者の実験等によれば、上記その他の成分に起因する出力成分はＳＯｘ及び酸素に起因する出力成分に比べて小さく、ＳＯｘ濃度を検出する観点においては無視できる。よって、掃引処理の実行中の出力成分Ｉｓには、実質的に、硫黄（具体的にはＳＯｘ）に起因する出力成分、及び、酸素に起因する出力成分、が含まれる。

そのため、掃引処理の実行中に排ガスの酸素濃度が過度に変動すると、出力電流Ｉｓがその変動を反映して大きく変化し、硫黄（具体的にはＳＯｘ）に起因する出力成分を測定する精度が低下する場合がある。そこで、実施装置は、排ガスの空燃比を一定の値に維持しながら掃引処理を行う。これにより、出力電流Ｉｓに含まれる酸素に起因する出力成分が一定に維持される（一定の値の酸素濃度に対応する限界電流の値に維持される）ので、酸素濃度の変動に起因して出力電流Ｉｓが乱れることがない。

その結果、出力電流Ｉｓは“排ガスのＳＯｘ濃度に対応した固有のピーク値Ｉｐ”を有する波形を描く。具体的には、出力電流Ｉｓは、印加電圧Ｖｓが低下するにつれて、一旦低下してピーク値Ｉｐを経た後に再び増大する波形を描く（図中の点Ａから点Ｅまでの波形を参照。）。

ところで、発明者による実験等によれば、出力電流Ｉｓがピーク値Ｉｐに到達するときの印加電圧（以下「ピーク出力電圧Ｖｐ」という。）は、掃引処理の実行中における排ガスの酸素濃度（空燃比）Ａ／Ｆに対応して変化することが分かった。

具体例として、図５には、掃引処理中の排ガスの空燃比Ａ／Ｆが異なる３つの例（但し、排ガスのＳＯｘ濃度は各例において同一。）の出力電流Ｉｓの波形が示されている。なお、便宜上、図示された３例において、掃引処理は第１電圧Ｖ１から通常電圧Ｖ０まで継続されている。

図示されるように、掃引処理中の排ガスの空燃比Ａ／Ｆは、例１、例２及び例３の順に小さくなる。例１の波形（図中のＡ１、Ｃ１及びＦ１を繋ぐ実線）に示すように、例１におけるピーク出力電圧は値Ｖｐ１である。また、例２の波形（図中のＡ２、Ｃ２及びＦ２を繋ぐ実線）に示すように、例２におけるピーク出力電圧は、値Ｖｐ１よりも小さい値Ｖｐ２である。更に、例３の波形（図中のＡ３、Ｃ３及びＦ３を繋ぐ実線）に示すように、例３におけるピーク出力電圧は、値Ｖｐ２よりも小さい値Ｖｐ３である。即ち、掃引処理中の排ガスの空燃比Ａ／Ｆが小さいほど、ピーク出力電圧Ｖｐは小さくなる。

外乱等の影響がない理想的な条件下では、掃引処理中の排ガスの空燃比Ａ／Ｆと、ピーク出力電圧Ｖｐと、は一対一に対応する。しかし、実際には、各種の外乱等の影響により、掃引処理中の排ガスの空燃比Ａ／Ｆが同一であっても、ピーク出力電圧Ｖｐに若干のばらつきが生じる場合がある。そこで、実施装置は、図６に示すように、掃引処理中の排ガスの空燃比Ａ／Ｆに基づき、ピーク値Ｉｐが出力されるであろうと予測される印加電圧Ｖｓの範囲（ピーク出力電圧Ｖｐが存在するであろう予測範囲。以下「特定電圧範囲」という。）を定める。例えば、排ガスの空燃比Ａ／Ｆが値ａｆであるとき、特定電圧範囲は“上限値Ｖｕから下限値Ｖｂまでの範囲”と定められる。図６の対応関係は、予め実験等により定められ、電子制御装置７１のＲＯＭに記録されている。

再び図４を参照すると、実施装置は、掃引処理を開始するとき、排ガスの空燃比Ａ／Ｆ（一定の値）に基づき、特定電圧範囲を定める。本例において、空燃比Ａ／Ｆは値ａｆであり、特定電圧範囲は上限値Ｖｕから下限値Ｖｂまでの範囲（Ｖｂ≦Ｖｓ≦Ｖｕ）と定められたと仮定する。

実施装置は、特定電圧範囲における出力電流Ｉｓ（図中、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄを繋ぐ実線を参照。）から、ピーク値Ｉｐを取得（測定）する。そして、実施装置は、ピーク値Ｉｐが出力された後の所定の時点にて掃引処理を終了する（図中の点Ｅを参照。）。掃引処理が終了される時点の印加電圧Ｖｓが、第２電圧Ｖ２である。このように、第２電圧Ｖ２は、排ガスのＳＯｘ濃度に対応した固有のピーク値Ｉｐを得るための印加電圧であり、センサ６１にて硫黄がＳＯｘへ酸化（再酸化）される印加電圧である。

その後、実施装置は、印加電圧Ｖｓを通常電圧Ｖ０に戻す（図中の点Ｆを参照。）。上述したように、本図に示す例においては、実施装置は、印加電圧Ｖｓを通常電圧Ｖ０に戻すまで、排ガスの空燃比を掃引処理中の空燃比と同じ一定の値（本例では値ａｆ）に維持する。そこで、実施装置は、印加電圧Ｖｓを通常電圧Ｖ０に戻したときの出力電流Ｉｓを、基準値Ｉｒｅｆとして用いる。

実施装置は、基準値Ｉｒｅｆと、掃引処理中に得られた出力電流Ｉｓのピーク値Ｉｐと、に基づいて排ガスのＳＯｘ濃度を検出する。これにより、実施装置は、排ガスのＳＯｘ濃度に起因する出力成分を、他の成分に起因する出力成分とは区別して分析できる。

本検出の一例として、実施装置は、図示されるように、「ピーク値Ｉｐと基準値Ｉｒｅｆとの差の絶対値ＤＥＦｉｓ」に基づき、排ガスのＳＯｘ濃度を特定（検出）する。具体的には、発明者の実験等によれば、図７に示されるように、この差の絶対値ＤＥＦｉｓが大きいほど、ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘが高い。

そこで、実施装置は、ピーク値Ｉｐおよび基準値Ｉｒｅｆから上記差の絶対値ＤＥＦｉｓを算出し、その差の絶対値ＤＥＦｉｓを図７の対応関係に適用することにより、排ガスのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを特定（検出）する。図７の対応関係は、予め実験等によって定められ、電子制御装置７１のＲＯＭに記録されている。

基準値Ｉｒｅｆは、上述したように、出力電流ＩｓからＳＯｘ濃度に起因する出力成分のみを抽出するために用いられる。そこで、基準値Ｉｒｅｆは、例えば、「センサの出力電流が排ガスの酸素濃度のみに依存する場合において、排ガスの酸素濃度が上記一定の値であるように機関が制御されているときの、センサの出力電流」とも言い換えられる。

なお、図５に示すように、掃引処理中の排ガスの空燃比Ａ／Ｆが異なっていても、ＳＯｘ濃度が同じであれば、上記差の絶対値ＤＥＦｉｓは同一となる（図中、値ＤＥＦｉｓ１、値ＤＥＦｉｓ２及び値ＤＥＦｉｓ３は等しい。）。即ち、掃引処理中の排ガスの空燃比Ａ／Ｆによらず、図７の対応関係を用いることができる。

更に、図６では、掃引処理中の空燃比Ａ／Ｆの値によらず、特定電圧範囲の広さ（上限値Ｖｕと下限値Ｖｂとの差）は一定の値に設定されている。しかし、特定電圧範囲の広さは、掃引処理中の空燃比Ａ／Ｆの値に対応して異なるように設定されてもよい。

なお、掃引処理の実行時に出力電流のピーク値Ｉｐが生じる原理、及び、掃引処理の実行時の空燃比（酸素濃度）に対応してピーク出力電圧Ｖｐが変化する原理は、現時点では明らかではない。しかし、対象物の電気化学的性質を測定する一般的方法であるサイクリックボルタンメトリーにおいて、電子または酸化物の律速現象に起因し、酸化還元電位の近傍に応答電流のピークが生じることが知られている。この現象に類似する現象が、本発明の掃引処理中において生じていると考えられる。

［実際の検出例］
図８及び図９を参照しながら、上述した検出方法を実際に機関１０に適用した際の検出例について、説明する。本例において、実施装置は、排ガスのＳＯｘ濃度を検出する条件（詳細は後述される。）が成立した時点以降の特定の期間（時刻ｔ１〜ｔ２の間）に掃引処理を実行し、排ガスのＳＯｘ濃度を検出する。

具体的には、図８の時刻ｔ０にて、排ガスの空燃比は、ＳＯｘ濃度の検出とは関わりなく、機関１０への要求出力等に基づいて変化している。時刻ｔ０において、センサ６１を用いて排ガスの空燃比を測定するために、センサ６１への印加電圧Ｖｓは通常電圧Ｖ０に設定されている。時刻ｔ０におけるセンサ６１の出力電流Ｉｓは、排ガスの空燃比に対応する値Ｉ０である。

その後、所定のタイミングにて、実施装置は、掃引処理を始めるために印加電圧Ｖｓを通常電圧Ｖ０から第１電圧Ｖ１に上昇させる。そして、図中の時刻ｔ１にて、印加電圧Ｖｓが第１電圧Ｖ１に到達する（図中の点Ａを参照。）。本例において、実施装置は、時刻ｔ１における排ガスの空燃比ａｆを維持したまま、掃引処理を実行する。即ち、実施装置は、掃引処理の実行中における排ガスの空燃比を一定の値ａｆに維持するように、機関１０を制御する（例えば、時刻ｔ１における機関１０の運転状態をそのまま維持する。）。なお、図中の点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ及び点Ｆは、図４における点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ及び点Ｆにそれぞれ対応する。但し、図４に示す例とは異なり、本例では、掃引処理の実行中“以外”の時点での空燃比は特に一定の値には制御されていない。

実施装置は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、掃引処理を実行する。具体的には、実施装置は、排ガスの空燃比を一定の値ａｆに維持しながら、印加電圧Ｖｓを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで一定の速度で徐々に下降させる。本例において、第２電圧Ｖ２は、通常電圧Ｖ０と同じ電圧に設定されている。更に、実施装置は、空燃比と特定電圧範囲との関係を表すマップ（電子制御装置７１のＲＯＭに記録されている。図６を参照。）に一定の値ａｆを適用することにより、特定電圧範囲（Ｖｂ≦Ｖｓ≦Ｖｕ）を定める。そして、実施装置は、掃引処理中において特定電圧範囲に含まれる印加電圧Ｖｓがセンサ６１に印加されている間の出力電流Ｉｓ（図中の点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄを繋ぐ実線）を、電子制御装置７１のＲＡＭに記録する。

実施装置は、ＲＡＭに記録した出力電流Ｉｓに基づき、ピーク値Ｉｐを算出する（図中の点Ｃを参照。）。更に、実施装置は、掃引処理が終了する時刻ｔ２における出力電流Ｉｓを、基準値Ｉｒｅｆとして用いる（図中の点Ｅ，Ｆを参照。）。次いで、実施装置は、ピーク値Ｉｐと基準値Ｉｒｅｆとの差の絶対値ＤＥＦｉｓを算出する。そして、実施装置は、その差の絶対値ＤＥＦｉｓを、差の絶対値ＤＥＦｉｓと排ガスのＳＯｘ濃度との対応関係を表すマップ（電子制御装置７１のＲＯＭに記録されている。図７を参照。）に適用することにより、排ガスのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを検出する。

掃引処理が終了した後（時刻ｔ２以降）、印加電圧Ｖｓは通常電圧Ｖ０に維持され、再び排ガスの空燃比が検出される。時刻ｔ２以降、排ガスの空燃比は再び機関１０への要求出力等に基づいて変化する。

なお、実施装置は、上記差の絶対値ＤＥＦｉｓを算出した後、ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを求めることなく、差の絶対値ＤＥＦｉｓそのものを「ＳＯｘ濃度に一対一に対応する値」として何らかの処理（例えば、高ＳＯｘ濃度を知らせる警告、及び、燃料の硫黄濃度の測定）に用いてもよい。

［他の検出例］
実施装置は、必ずしも図８に示したようにＳＯｘ濃度の検出を行う必要はない。例えば、実施装置は、図９に示されるように、掃引処理を終了する印加電圧Ｖｓである第２電圧Ｖ２を、通常電圧Ｖ０とは一致しない印加電圧に設定し得る。具体的には、本例において、実施装置は、掃引処理中において特定電圧範囲に含まれる印加電圧Ｖｓがセンサ６１に印加されている間、ＲＡＭに記録される出力電流Ｉｓを時々刻々と監視する。そして、実施装置は、ピーク値Ｉｐが出力されたことを確認した後の任意の時点にて掃引処理を終了する。このように実施装置が掃引処理を終了させたときの印加電圧Ｖｓが、第２電圧Ｖ２である（図中の点Ｄ，Ｅを参照。）。なお、本例では第２電圧Ｖ２と特定電圧範囲の下限値Ｖｂとが同じ電圧に設定されているが、第２電圧Ｖ２と下限値Ｖｂとは必ずしも同一である必要はない。

本例において、掃引処理の終了時ｔ２の出力電流Ｉｓは、排ガスの空燃比だけでなくＳＯｘ濃度に起因する出力成分を含む可能性がある。そのため、図８の検出例のように掃引処理の終了時（図８の時刻ｔ２）の出力電流Ｉｓを基準値Ｉｒｅｆとして用いることができない。そこで、本例においては、基準値Ｉｒｅｆとして、センサ６１とは異なる他の酸素濃度センサ（図示省略）によって測定した掃引処理中の出力電流、又は、掃引処理中の機関１０の運転状態から推定した排ガスの空燃比を図３の（Ｂ）のマップに適用して得られる出力電流、が用いられる。なお、他のセンサが用いられる場合、ＳＯｘ濃度の検出精度を高めるため、他のセンサの出力特性とセンサ６１の出力特性とが同じであること、又は、他のセンサの出力電流をセンサ６１の出力電流に換算（補正）した後に用いること、が好ましい。

本検出例は、図８の検出例に比べ、ＳＯｘ濃度を検出する工程が複雑になり得る。しかし、本検出例は、図８の検出例に比べ、掃引処理を実行する時間長さを短くできるという利点がある。

更に、実施装置は、掃引処理中の排ガスの空燃比（酸素濃度）として、掃引処理の開始時（時刻ｔ１）における排ガスの空燃比ａｆ“以外”の空燃比を用い得る。例えば、掃引処理時の排ガスの空燃比として、予め設定された単一の固定値、又は、予め準備された複数の固定値から選択した値などが用いられ得る。

なお、上述したように、掃引処理中の出力電流Ｉｓの波形は、センサ６１に蓄積された硫黄が再酸化することによって生じる。そのため、実施装置によって検出される排ガスのＳＯｘ濃度は、厳密には、センサ６１に硫黄が蓄積された時点の（掃引処理の開始時の）排ガスのＳＯｘ濃度を表すことになる。一方、センサ６１の構成および配置等によっては、ＳＯｘ濃度を検出するために十分な量の硫黄を蓄積するために、ある程度の時間長さを要する場合がある。その場合、実施装置によって検出されるＳＯｘ濃度は、硫黄がセンサに蓄積されている期間中における排ガスのＳＯｘ濃度の平均値を表すことになる。

［装置の作動］
図１０を参照しながら、実施装置の実際の作動について説明する。実施装置において、電子制御装置７１内のＣＰＵは、図１０に示したルーチンを実行し、排ガスの空燃比（酸素濃度）を一定の値に維持するように機関１０を制御しながら掃引処理を行い、特定電圧範囲における出力電流Ｉｓに基づいて排ガスのＳＯｘ濃度を検出する。

具体的には、ＣＰＵは、所定の時間が経過する毎に、図１０の「ＳＯｘ濃度の検出」ルーチンを実行する。本ルーチンの処理を始めると、ＣＰＵは、ステップ１００５に進み、「ＳＯｘ濃度の検出のための条件」が現時点にて成立しているか否かを判定する。本例において、この条件は、（１）機関１０が定常運転されており、且つ、（２）機関１０を搭載した車両が直近に給油されてから現時点までに一度もＳＯｘ濃度の検出が行われていない場合に成立する。

上記条件が成立する場合、ＣＰＵは、ステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０１０に進む。本ステップにて、ＣＰＵは、センサ６１への印加電圧Ｖｓを第１電圧Ｖ１まで上昇させる指示信号をセンサ６１に（センサ制御部６１Ｆに）送信する。本指示信号に従い、センサ６１は、印加電圧Ｖｓを第１電圧Ｖ１まで上昇させる。なお、ＣＰＵは、本指示信号を送信する前には、印加電圧Ｖｓを通常電圧Ｖ０に維持する指示信号をセンサ６１に送信している。

次いで、ＣＰＵは、ステップ１０１５に進む。本ステップにて、ＣＰＵは、「排ガスの酸素濃度を一定の値に維持する制御」を始める。本例において、ＣＰＵは、“現時点（掃引処理の開始時点）における排ガスの空燃比（酸素濃度）”を維持するように、吸入空気量を考慮しながら燃料噴射量を調整し、排ガスの空燃比を維持する。よって、本例における一定の値は、“掃引処理が開始される時点における排ガスの酸素濃度の値”である。本制御によって排ガスの酸素濃度（空燃比）が安定化されることから、本制御は「安定化制御」とも称呼される。

次いで、ＣＰＵは、ステップ１０２０に進む。本ステップにて、ＣＰＵは、掃引処理が実行されるときの空燃比（即ち、一定の値の酸素濃度。本例においては、掃引処理の開始時点における酸素濃度）を、「排ガスの空燃比Ａ／Ｆと、特定電圧範囲と、の関係」を表すルックアップテーブル（図中、Ｍａｐ（Ａ／Ｆ））に適用することにより、特定電圧範囲（同範囲の上限値Ｖｕ及び下限値Ｖｂ）を決定する。特定電圧範囲は、実質的に掃引処理の開始と同時に決定される。

次いで、ＣＰＵは、ステップ１０２５に進む。本ステップにて、ＣＰＵは、印加電圧Ｖｓを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで徐々に下降させる指示信号をセンサ６１に送信しながら、センサ６１から受信した出力電流Ｉｓのうちの“印加電圧Ｖｓが特定電圧範囲に含まれるときの出力電流Ｉｓ”だけをＲＡＭに記録する。本例において、第２電圧Ｖ２は、通常電圧Ｖ０と同じ電圧に設定されている。

次いで、ＣＰＵは、ステップ１０３０に進む。本ステップにて、ＣＰＵは、印加電圧Ｖｓが第２電圧Ｖ２（＝通常電圧Ｖ０）に到達した時点における出力電流Ｉｓを、基準値ＩｒｅｆとしてＲＡＭに記録する。その後、ＣＰＵは、ステップ１０３５に進み、安定化制御を終了する。

次いで、ＣＰＵは、ステップ１０４０に進む。本ステップにて、ＣＰＵは、ＲＡＭに記録された掃引処理中かつ特定電圧範囲内の出力電流Ｉｓに基づき、出力電流Ｉｓのピーク値Ｉｐを算出する。例えば、ＣＰＵは、出力電流Ｉｓの変化率を所定時間ごとに計算し、同変化率がゼロである時点（同変化率が正から負に逆転した時点）の出力電流Ｉｓをピーク値Ｉｐとして算出する。又は、例えば、ＣＰＵは、ＲＡＭに記録された出力電流Ｉｓ（サンプル値）のうちの最小値をピーク値Ｉｐとして算出してもよい。

ステップ１０２５〜ステップ１０４０の一連の処理は、例えば、以下の処理（別処理１〜別処理３のいずれかの処理）に置き換えられ得る。
（別処理１）掃引処理中の出力電流Ｉｓの全てをＲＡＭに記憶した上で、記憶した出力電流Ｉｓのうちの“印加電圧Ｖｓが特定電圧範囲に含まれるときの出力電流Ｉｓ”だけに基づき、ピーク値Ｉｐを算出する処理。
（別処理２）“印加電圧Ｖｓが特定電圧範囲に含まれるときの出力電流Ｉｓ”だけを受信し且つＲＡＭに記憶した上で（即ち、印加電圧Ｖｓが特定電圧範囲に含まれない場合、出力電流Ｉｓの受信を禁止し）、記憶した出力電流Ｉｓに基づき、ピーク値Ｉｐを算出する処理。
（別処理３）印加電圧Ｖｓが特定電圧範囲の上限値Ｖｕに一致した時点での出力電流Ｉｓをピーク値ＩｐとしてＲＡＭに記憶し、その後に出力電流をサンプリングする毎にピーク値Ｉｐと出力電流Ｉｓとを比較し、出力電流Ｉｓがピーク値Ｉｐよりも小さい場合に出力電流Ｉｓを新たなピーク値Ｉｐとして採用（更新）することを、印加電圧Ｖｓが特定電圧範囲の下限値Ｖｂに一致するまで繰り返す処理。

次いで、ＣＰＵは、ステップ１０４５に進む。本ステップにて、ＣＰＵは、ピーク値Ｉｐと基準値Ｉｒｅｆとの差の絶対値ＤＥＦｉｓを算出する。そして、ＣＰＵは、ステップ１０５０に進む。本ステップにて、ＣＰＵは、「ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘと、上記差の絶対値ＤＥＦｉｓと、の関係」を表すルックアップテーブル（図中、Ｍａｐ（ＤＥＦｉｓ））に、算出された差の絶対値ＤＥＦｉｓを適用することにより、ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを特定する。即ち、ステップ１０５０にて、ＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘが検出される。

その後、ＣＰＵは、ステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。なお、本ルーチンのステップ１００５が実行されたときに「ＳＯｘ濃度の検出のための条件」が成立しない場合、ＣＰＵは、ステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを終了する。

このように、実施装置は、排ガスの酸素濃度（空燃比）を一定の値に維持するように機関１０を制御しながら掃引処理を行い、掃引処理中且つ特定電圧範囲内のセンサ６１の出力電流Ｉｓと基準値Ｉｒｅｆとに基づいて排ガスのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを特定（検出）する。これにより、実施装置は、排ガス中のＳＯｘ以外の成分（例えば、酸素およびＨ_２Ｏ）の影響を出来る限り排除しながら、更に意図しないノイズ等によってピーク値Ｉｐが誤って測定されることを出来る限り防ぎ、排ガスのＳＯｘ濃度Ｃｓｏｘを精度良く検出できる。

＜その他の実施形態＞
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用できる。例えば、実施装置が適用される機関１０が備えるセンサ６１はセンサセル６１Ｄを１つ有する１セル・センサであるが、機関１０は、センサ６１に代えて複数のセンサセル６１Ｄを有するセンサ（例えば、２セル・センサ）を備えてもよい。

図１１は、２セル・センサの概略構成を示す模式図である。２セル・センサ６２は、図示されるように、固体電解質層６２Ａ１、測定用電極６２Ｂ１及び基準用電極６２Ｃ１から構成されるセンサセル６２Ｄ１、並びに、固体電解質層６２Ａ２、測定用電極６２Ｂ２及び基準用電極６２Ｃ２から構成されるセンサセル６２Ｄ２、を有する。センサセル６２Ｄ１は上流側セルとも称呼され、センサセル６２Ｄ２は下流側セルとも称呼される。

２セル・センサ６２は、更に、拡散律速層６２Ｅ、センサ制御部６２Ｆ、第１アルミナ層６２Ｇ、第２アルミナ層６２Ｈ、第３アルミナ層６２Ｉ、第４アルミナ層６２Ｊ、第５アルミナ層６２Ｋ、第６アルミナ層６２Ｌ、並びに、ヒータ６２Ｍを有する。加えて、２セル・センサ６２には、大気導入路６２Ｎ、及び、内部空間６２Ｏが形成されている。なお、２セル・センサ６２は、センサ６１と同様（図２を参照。）、排気マニホールド４３に設けられればよい。

２セル・センサ６２は、上流側セル６２Ｄ１を用いて排ガス中の酸素を内部空間６１Ｎの外に放出した後、下流側セル６２Ｄ２を用いて排ガスのＳＯｘ濃度を検出できる。よって、２セル・センサ６２を用いてＳＯｘ濃度を検出する場合、下流側セル６２Ｄ２の出力電流には酸素に起因する出力成分が実質的に含まれないことになるので、１セル・センサが用いられる場合（実施装置の場合）に比べ、排ガスの酸素濃度の変化がＳＯｘ濃度の検出に及ぼす影響が小さい。しかし、２セル・センサ６２であっても、上流側セル６２Ｄ１にて排ガス中の酸素が完全には除去されず、下流側セル６２Ｄ２に向かう排ガスに僅かに酸素が含まれる場合がある。そこで、２セル・センサ６２を備えた機関に本発明の制御装置または方法を適用することにより、ＳＯｘ濃度を精度良く検出できる。

更に、実施装置が適用される機関１０はガソリンエンジンであるが、本発明の制御装置または方法は、ディーゼルエンジンにも適用できる。

実施装置は、掃引処理中の排ガスの空燃比（酸素濃度）を一定の値に維持する制御（安定化制御）として、掃引処理を始める時点での機関１０の運転状態を、掃引処理を終える時点までそのまま維持する方法を用いている（図１０のステップ１０１５を参照。）。この方法によれば、掃引処理中の排ガスの空燃比を必ずしも時々刻々と取得する必要はない。しかし、本発明の装置は、安定化制御として、掃引処理中の排ガスの空燃比を時々刻々と取得しながら、排ガスの空燃比をフィードバック制御するように機関１０を制御してもよい。例えば、実施装置は、機関１０への要求出力に基づいて吸入空気量が決定された後、排ガスの空燃比が一定の値に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御する方法、を用い得る。更に、本発明の装置は、機関１０がディーゼルエンジンである場合、安定化制御として、機関１０への要求出力に基づいて燃料噴射量が決定された後、排ガスの空燃比が一定の値に一致するように吸入空気量およびＥＧＲ量等を調整する方法、を用い得る。加えて、本発明の装置は、機関１０がモータ等と組み合わせて用いられる場合（例えば、機関１０がハイブリッド自動車に搭載される場合）、排ガスの空燃比を一定の値に維持するように機関１０を制御しながら、出力の過不足をモータによって補う方法、を用い得る。

更に、本発明の装置は、排ガスのＳＯｘ濃度に基づいて燃料に含まれる硫黄成分の量（硫黄濃度）を推定するように構成され得る。燃料の硫黄濃度は、一般に、燃料の種類等に依存して定まる。そこで、燃料の硫黄濃度を推定する観点からは、機関に燃料が供給される毎に排ガスのＳＯｘ濃度が取得されればよい。

１０…内燃機関、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、４１…排気マニホールド、６１…限界電流式の酸素濃度センサ（空燃比センサ）、７１…電子制御装置

Claims (4)

1. 排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサを備えた内燃機関に適用され、排ガスのＳＯｘ濃度を検出するための処理部を備えた制御装置であって、
   前記処理部は、
   排ガスの酸素濃度を一定の値に維持するように前記機関を制御しながら、
   前記センサへ印加される電圧を、前記センサにてＳＯｘが還元されて生じる硫黄が前記センサに蓄積される第１電圧から、前記センサにて硫黄がＳＯｘへ酸化される第２電圧まで、徐々に降下させる掃引処理を実行するとともに、
   前記掃引処理の実行中における前記センサの出力電流の極値を、前記極値が出力されるであろうと前記一定の値の酸素濃度に基づいて予測される特定電圧範囲に含まれる電圧が前記センサに印加されている間の前記センサの出力電流から、取得し、
   前記極値と、前記一定の値の酸素濃度に対応する前記センサの限界電流の値である基準値と、に基づいて排ガスのＳＯｘ濃度を検出する、
   内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記第２電圧が、排ガスの酸素濃度を検出するときに用いられる電圧に一致し、
   前記基準値として、前記掃引処理にて前記センサへ印加される電圧が前記第２電圧まで降下した時点における前記センサの出力電流の値が用いられる、
   内燃機関の制御装置。
3. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記処理部が、排ガスの酸素濃度と限界電流の値との間の対応関係を予め記憶し、
   前記基準値として、前記対応関係に前記一定の値の酸素濃度を適用して得られる限界電流の値が用いられる、
   内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の制御装置において、
   前記第２電圧と、前記特定電圧範囲の下限値と、が一致する、
   内燃機関の制御装置。
   
   
   

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